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以前我码过一堆文字《陀螺传奇》,这次就算是该文的续集吧
闲言不叙,书归正传
上回说到【我有什么权利或资格发表这些评论?】
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不知从何时起,我就对陀螺非常着迷

你看他,失去平衡却倔强地不肯倒下,反而整体出现水平旋转
这个现象令我迷惑不解,因为可能从开始学走路的那一天我就知道,要保持平衡,否则就会摔跤
尽管那时的记忆已经不复存在,但是这条铁律已经深深地印在我的脑海中,必将直到我消失的那一刻
尽管我接受过高等教育,也知道角动量定理dL=Mdt,但是始终解不开这个情结
看到圆盘状的物件,经常会拿在手里把玩,让他一边自转,一边绕竖直轴转动,不明白他为什么会这样
终于有一天,我忽然发现,圆盘边缘上的质点,速度变化很有规律

该质点在随圆盘自转一周的过程中,其速率是变化的,他在加速减速、加速减速
分离出垂直盘面方向的速度,就是v(t)=RΩsinωt
Ω……进动角速度
ω……自转角速度
R……圆盘半径
这类似简谐运动的速度变化,一定具有相应的加速度,而且必然应该是余弦形式
经多方求证,终于找到了这个加速度
a(t)=2ΩωRcosωt

正是这个加速度,导致所有质点加速减速的周期变化,使圆盘形成了绕竖直轴的旋转(进动),而不会绕3-9轴旋转(倒下)
根据【外力是改变物体运动状态的原因】可知,质点不会自己出现加速度
那么,这个a(t)=2ΩωRcosωt从哪里来?
当然,任何人的眼睛都会盯住那两个F
圆盘受到两个外力F作用,将会出现角加速度α=M/I
I……圆盘对3-9轴的转动惯量
M……两个F形成的力偶
而圆盘边缘质点,将会出现垂直盘面方向的线加速度
a(θ)=αr=αRcosθ

考虑圆盘在自转,θ=ωt,那么,质点在随圆盘自转一周的过程中,获得的加速度是变化的
a(t)=αRcosωt

哈哈,这不正是质点们变速运动需要的加速度吗?
a(t)=αRcosωt=2ΩωRcosωt→v(t)=RΩsinωt
他来自外力F形成的力偶M,迫使所有质点加速减速,形成圆盘的进动(=不倒)
外力F,不但没能使圆盘绕3-9轴旋转(倒下),反而使得圆盘出现了绕12-6轴的旋转(进动)
至此,最初的陀螺心结已经彻底解开
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副产品
αRcosωt=2ΩωRcosωt
整理得:
Ω=M/2Iω=M/Jω
(经典力学规则进动角速度公式)


IP属地:北京1楼2022-10-23 09:14回复

    原帖2楼


    IP属地:北京3楼2022-10-30 18:22
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      IP属地:北京4楼2022-10-30 18:25
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        IP属地:北京5楼2022-10-30 18:26
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          按原顺序再建起来


          IP属地:北京6楼2022-11-05 11:36
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            IP属地:北京7楼2022-11-05 19:07
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              IP属地:北京8楼2022-11-05 19:10
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                IP属地:北京9楼2022-11-05 19:13
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                  IP属地:北京10楼2022-11-05 19:15
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                    @雪鹰
                    问题①:a(t)=2ΩωRcosωt是如何来的?
                    对上面v(t)=RΩsinωt求导,为什么会多出来一个“2”?
                    问题②:你整个推理是先假设陀螺不会倒(或者说是圆盘会按照你假设的进行进动),才有v(t)=RΩsinωt。否则如果刚开始陀螺就往下坠,就没有v(t)=RΩsinωt了,就成v(t)=0了。所以最后你再导出陀螺不会倒的结论是循环论证。


                    IP属地:河南12楼2023-10-09 14:03
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                      IP属地:北京13楼2023-10-09 17:42
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                        砝码的重量,是透过 直角杠杆 机制加到转子上的,
                        所以,惯性的作用亦是透过杠杆机制返还到砝码上,
                        在图中,转子是卧姿的,那么,砝码重量与惯性的合力,就是直立的笼状曲线,转子的体位不变。


                        IP属地:中国香港14楼2023-11-22 07:47
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                          看见还有人在研究这个就感觉很感动😭,之前老是跟一些迷信科学主义的人对线,基本的科学素养都没有,就知道一直扯陀螺效应


                          IP属地:湖北来自Android客户端15楼2024-01-04 05:20
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                            F ≠ 重力
                            不倒只是表像,不F才是实质!


                            IP属地:中国香港16楼2024-04-19 23:39
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                              如果进动被碍着,转子就会翻。
                              如果阻碍进动的是个橡皮环,转子将沿F方向滚动,
                              把这橡皮环往进动的相反方向扭,转子的滚动会加速。


                              IP属地:中国香港17楼2024-06-24 02:10
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